現時点では、 半導体 レーザー（LD）は、通信、情報検査、医療・精密加工、軍事など幅広い分野で利用されています。レーザー電源はレーザー装置の重要な部分であり、その性能はレーザー装置全体の技術指標に直接影響します。この設計では、DSP によって制御される定電流源を使用して、半導体レーザーに電流を供給します。この回路では、負帰還の原理を使用して複合電源の出力電流を制御します。 レギュレーター 出力電流を安定させるという目的を達成するためです。このシステムは、回路設計とプログラム制御アルゴリズム設計の組み合わせを使用して、半導体レーザーの動作状態をさまざまな側面からリアルタイムで検出および制御するため、システムのパフォーマンスが大幅に向上および向上し、精度の問題を効果的に解決します。半導体レーザーのこと。 , 安定性と信頼性の問題により、半導体レーザーの出力指標はさらに改善されました。
システム原理
レーザー出力を安定した波長のレーザーにするためには、レーザーを流れる電流が非常に安定している必要があるため、電源回路は低ノイズで安定した定電流源を選択します。 定電流源電流は、レーザーのさまざまな仕様に適応するために、0Aから3Aの間で連続的に調整できます。 現在、半導体レーザー電源の二次開発は、一般的に純粋なハードウェア回路システムまたはシングルチップ制御を採用しています。 組み込みマイクロプロセッシングを使用するDSPの急速な発展により、DSPに基づくデジタル制御は、半導体レーザー作業の安定性、精度、および信頼性の問題をより効果的に解決できます。 DSPの二次開発の原理を図1に示します。
図1システム概略図
電圧 DSPによって出力された制御信号はオペアンプに出力され、オペアンプによって増幅されて出力され、三極真空管8050とレギュレータTIP122で構成される複合レギュレータを制御します。 レギュレーターチューブのエミッターは、 リレー とハイパワーサンプリング 抵抗。 サンプリング抵抗の両端から電圧信号を取り、それを差動増幅器回路U2に送信して、サンプリング抵抗の電圧を取得します。 この電圧信号は、電圧フォロワを通過し、DSPによって制御されるADCのアナログ信号入力チャネルに入ります。 ADCは入力アナログ信号をデジタル信号に変換し、DSPは変換されたデジタル信号に対してデータ処理を実行します。 サンプリング抵抗は0.15Ωの高出力金属皮膜抵抗であり、良好な温度係数が必要です。 オペアンプU1の増幅率が電流制御の精度を決定します。 増幅率が小さいほど、電流出力精度は高くなります。 同時に、差動フィードバック回路U2の増幅率も電流の制御精度に影響を与えます。 増幅率が大きいほど電流の安定性は高くなりますが、電流の出力範囲は狭くなります。 特定の制御電圧の場合、オペアンプU1の倍数と差動フィードバック回路U2の倍数を正確に選択することが、定電流源の電流出力精度と電流出力範囲を決定する重要な要素になります。
図2システムワークフロー
TMS320F2812制御システム
設計回路は、デジタルシグナルプロセッサTMS320F2812に基づいています。 電源は制御回路、保護回路、主回路など複数の部品で構成されており、DSPが中心的な役割を果たします。 主な制御タスクは次のとおりです。1。データ取得システムを制御します。 DSPチップに付属の12ビットADCを使用して、PID演算処理後のサンプリング信号に応じて制御を行います。 データ変換開始コマンドは、F2812のピンXFによって制御されます。つまり、ピンXFは、ADCのデータ変換を制御するソフトウェアによってハイレベルに設定されます。 データ変換が完了すると、信号BUSYがローレベルに変化し、F2812割り込みがトリガーされ、16ビットデータラインD [15：0]からデータが即座に読み取られます。 このシステムのデータコードは2812の補数コードです。 FXNUMXは、受信したデータを処理してバッファリングし、に送信します。 LCD リアルタイム表示用。
デジタルフィルターとシステムソフトウェアの設計
デジタルフィルターの設計
このプロジェクトの前の開発プロセスにおける現在のフィルタリング設計の欠点を考慮して、TMS320F2812 に基づくデジタル フィルタが現在のサンプリング信号をフィルタリングするために導入されました。 フィルターを迅速かつ便利に設計するには、TI が提供する filterlibrary 関数ライブラリを直接使用して設計します。 設計手順は次のとおりです。実際のタスクの要件に従って、フィルターのパフォーマンス指標を決定します。 Matlab では、filterlibrary ライブラリ内の関数 ezfir を呼び出してシミュレートします。 シミュレーション結果に従って各パラメータの値を決定します。 filterlibrary ライブラリ内の filter.asmDSP アセンブリ プログラムを呼び出します。 モジュール、Matlabのシミュレーションパラメータ値をプログラムにコピーし、F2812にフィルタリングを実装します。
図3定電流源制御曲線
システムソフトウェアの設計
システムのワークフローを図 2 に示します。電源投入後、システムは自己チェックを開始します。 セルフチェックが完了すると、DSP、DAC、 LCD、DSP の内部割り込みコントローラーとカウンター。 システムの準備ができたら、ブートに入ります。 画面。 キーボード割り込みをオンにして、キーが対応する機能を選択するのを待ちます。 「パラメータ設定」を選択した場合は、作業キーを押して「パラメータ設定」インターフェースに入り、電圧、電流、電力の値を設定できます。 設定後、起動画面に戻り、レーザーを起動して動作させます。 システムが稼働状態に入った後でも、ユーザーはレーザーを停止せずに新しい値を設定できます。 設定が完了すると、レーザーは新しい要件に従ってレーザーを出力します。
システムのセルフチェックおよび制御プロセスでエラーが発生した場合、またはシステムが過電流または過電圧である場合、保護プログラムが自動的に呼び出されます。 システムがシャットダウンしたり、突然電源が切れたりした場合、レーザーの両端の電圧がゼロになるのを防ぐために、システムは完全なシャットダウン方法を採用しています。 原理は、シャットダウンが許可される前にゼロに低下するまで、サンプリングされた値の出力を徐々に減らすことです。
結び
この記事では、U1 と U2 の倍率がすべて 1、出力電流が 0A ～ 3A 調整可能、レーザー出力パワーが 0W ～ 2W 調整可能であることを実験的に決定します。 DSP制御システムの導入により、従来のシングルチップ制御に比べて大幅に改善されました。 TMS320F2812 の高い統合レベルと優れたパフォーマンスにより、システムは小型、高速、強力な処理能力、高い信頼性、低消費電力という利点を備えています。 TMS320F2812のデジタルフィルタリング方式はシンプルであり、開発効率が向上します。 。半導体レーザーのドライバーや保護回路の設計が完了したら、溶接やデバッグを行います。 1℃における定電流源の制御電圧と出力電流の関係を表25に示します。図 3 は、表 1 のデータに基づいて描かれた定電流源の制御曲線です。出力電圧範囲は 0V ～ 5V、出力電流誤差率は 0.1% です。出力電圧と電流は線形関係にあり、要件を満たしています。